Аппаратная часть ПО
Конспект по главе 2.
Что такое компьютер?
Компьютер представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами.
Существует два основных класса компьютеров:
цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных кодов;
аналоговые компьютеры, обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин.
Основу компьютеров образует аппаратура (HardWare). Принцип действия компьютеров состоит в выполнении программ (SoftWare).
Любая компьютерная программа представляет собой последовательность отдельных команд.
Совокупность команд, выполняемых данным компьютером, называется системой команд этого компьютера.
Как устроен компьютер?
Разнообразие современных компьютеров очень велико. Но их структуры основаны на общих логических принципах, позволяющих выделить в любом компьютере следующие главные устройства:
В· память (запоминающее устройство, ЗУ), состоящую из перенумерованных ячеек;
В· процессор, включающий в себя устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ);
В· устройство ввода;
В· устройство вывода.
Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация.
Основные устройства компьютера и связи между ними представлены на схеме:
Регистр представляет собой совокупность триггеров, связанных друг с другом определённым образом общей системой управления. |
На каких принципах построены компьютеры?
В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
2. Принцип однородности памяти. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке. Команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции тАФ перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
Что такое команда?
Команда тАФ это описание элементарной операции, которую должен выполнить компьютер. В общем случае, команда содержит следующую информацию:
код выполняемой операции;
указания по определению операндов (или их адресов);
указания по размещению получаемого результата.
В зависимости от количества операндов, команды бывают:
одноадресные;
двухадресные;
трехадресные;
переменно-адресные.
Что такое архитектура и структура компьютера?
При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру:
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.
Структура компьютера тАФ это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства тАФ от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.
Наиболее распространены следующие архитектурные решения:
В· Классическая архитектура
Это однопроцессорный компьютер. К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.
Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.
Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры тАФ устройства управления периферийными устройствами.
Контроллер тАФ устройство, которое связывает периферийное оборудование или каналы связи с центральным процессором, освобождая процессор от непосредственного управления функционированием данного оборудования.
Что такое центральный процессор?
Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) тАФ это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему тАФ тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора.
Как устроена память.
Память компьютера построена из двоичных запоминающих элементов тАФ битов, объединенных в группы по 8 битов, которые называются байтами. (Единицы измерения памяти совпадают с единицами измерения информации). Все байты пронумерованы. Номер байта называется его адресом. Различают два основных вида памяти тАФ внутреннюю и внешнюю.
Какие устройства образуют внутреннюю память?
В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.
1. Оперативная память
Оперативная память: (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory тАФ память с произвольным доступом) тАФ это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.
Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой тАФ это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.
2. Кэш-память
Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память тАФ очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.
Кэш-память реализуется на микросхемах статической памяти SRAM
Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером 8, 16 или 32 Кбайт. Кроме того, на системной плате компьютера может быть установлен кэш второго уровня ёмкостью 256, 512 Кбайт и выше.
3. Специальная память
К устройствам специальной памяти относятся постоянная память (ROM), перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory), память CMOS RAM, питаемая от батарейки, видеопамять и некоторые другие виды памяти.
Какие устройства образуют внешнюю память?
Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:
ВЗУÛПЗУÛКЭШÛПроцессор
В состав внешней памяти компьютера входят:
В· накопители на жёстких магнитных дисках;
В· накопители на гибких магнитных дисках;
В· накопители на компакт-дисках;
В· накопители на магнито-оптических компакт-дисках;
В· накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.
Соединение устройств компьютера между собой.
Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс (англ. interface от inter тАФ между, и face тАФ лицо).
Интерфейс тАФ это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой. |
Вместе с этим смотрят:
Bipolar transistors
GPS-навигация
GPS-прийомник авиационный
IP-телефонiя
IP-телефония